1984年，美国物理学家在加速器上利用电子束放大一束微波辐射，获得了高功率、高效率、波长宽调谐范围的激光。自由电子激光器潜在高输出功率、高效率特性，使它首先就被考虑用在国防上。
20世纪80年代，美国里根总统提出了战略防御倡议计划，使自由电子激光器成为美国"星球大战"计划中陆基或天基定向能武器中最有希望的候选者。这就促使了美国自由电子激光器的研究、开发取得了一系列很大的进展。激光技术的研究和开发应用是以军事武器的研究应用为先导，而逐步推广应用于民品开发生产中去的．研究和发展自由电子激光器的领域十分广阔，科学家们在许多领域内进行了大量尝试或试探性的应用研究工作。由于自由电子激光器体积庞大，造价高昂，极大地限制了其使用范围。自由电子激光器能否充分发挥其优异特性而走向实用，最终将取决于器件能否小型化。因此，国际上研究自由电子激光器的热点转向了小型化、实用化、短波长(真空紫外、软x射线)方面。美国LosAlamos实验室于1993年首次实验成功小型化的自由电子激光器(FEL)。它运行在4-6txm波段，输出峰值功率10MW，光阴极电子枪的亮度高达2×10 A／m ·rad ，实现了高质低能(17Mev)电子束产生中红外自由电子激光。整个装置占有较小的空间，从而使FEL向小型化和实际应用迈进了一大步。另一方面，人们在小周期波荡器、虚火花放电装置及虚火花放电、高压电源的改进等几项新技术方面开展的研究都为自由电子激光器走向小型化提供了有利条件。同时，研制波长几毫米以下的微型摆动器以及激光摆动器、适于上述摆动的低能及角度色散电子束源的开发也成为研究的目标．另外，利用切伦科夫辐射和史密斯·帕塞尔辐射的新型自由电子激光器，体积也大大缩小。
2O世纪9O年代初期，自由电子激光器的平均功率就已达11W．为进一步提高自由电子激光的输出功率和效率并进一步缩短波长，特别是探索更有效的短波长(紫外及x射线)自由电子激光的机理，人们对各种与等离子体有关的"非常规"自由电子激光器进行了研究，并迅速成为自由电子激光研究领域内的热点之一。如等离子体波Wiggler自由电子激光，以等离子体为背景的静磁Wiggler自由电子激光和离子通道激光。
1994年10月，日本关西学术文化研究都市津田的自由电子激光研究所制成了兆瓦量级的自由电子激光实用装置。这归功于花了二、三十年研究成功的电子直线加速器、微波源和超高真空等基础技术。开发远紫外自由电子激光器需要大电流的贮存环，长寿命的电子枪以及lO Pa的超高真空等技术。以自放大自发辐射为基础的单程自由电子激光器提供了另一种向真空紫外和x射线激光推进的路线，这种自由电子激光器可能提供极强的偏振超脉冲类激光辐射。除了它们的高峰值亮度和高平均亮度外，电子能量的可调谐性使得这种自由电子激光器成为真空紫外和x射线辐射无可匹敌的光源。
本世纪初，德国汉堡研究人员报告了德国电子同步加速器的真空紫外激光器已产生8O～120nm可调谐，吉瓦级功率，30～100fs脉冲，其峰值亮度比目前第三代同步辐射源高8个数量级。2003年开始进行6nm 自由电子激光器的研究工作。
